Для расчета рекуперативных теплообменных аппаратов

Рассмотрим методику конструкторского и поверочного расчётов теплообменников, базирующуюся на использовании безразмерных характеристик.

При выполнении конструкторского расчёта теплообменных аппаратов известными величинами являются тепловая нагрузка, температуры первичного и вторичного теплоносителей на входе и выходе из теплообменного аппарата, а искомыми – расходы первичного и вторичного теплоносителей и расчётная поверхность нагрева теплообменного аппарата.

Расчет проводится в следующей последовательности:

1. Вычисляют расходы теплоносителей, используя уравнение теплового баланса.

; (3.17)

. (3.18)

2. Определяют коэффициент теплопередачи, используя формулу (2.23).

3. Вычисляют эффективность теплообменника по известным конечным температурам теплоносителей, применяя выражения (3.1); (3.3).

4. Вычисляют отношение водяных эквивалентов теплоносителей .

5. Используя зависимость для эффективности теплообменного аппарата, представленную в аналитическом или графическом видах, определяют безразмерное число единиц переноса тепла – NTU.

6. Определяют расчетную поверхность нагрева теплообменного аппарата:

. (3.19)

Для сравнения приведем последовательность конструкторского расчета теплообменного аппарата с использованием среднелогарифмической разности температур .

1. Вычисляют значения безразмерных коэффициентов и по формулам (2.20) и (2.21), используя значения конечных температур.

2. Определяют величину поправочного коэффициента , используя графические зависимости от и с учётом характера относительного движения потоков.

3. Рассчитывают величину среднелогарифмического температурного напора по известным конечным температурам теплоносителей.

4. Определяют расходы теплоносителей по формулам (3.17), (3.18).

5. Определяют коэффициент теплопередачи по формуле (2.23)

6. Находят расчётную поверхность нагрева теплообменного аппарата по уравнению

. (3.20)

Сопоставление изложенных выше методов конструкторского расчёта теплообменных аппаратов показывает, что по трудоёмкости они равноценны.

Существенным преимуществом обладает метод безразмерных характеристик при выполнении поверочного расчёта, так как при его реализации не требуется выполнять последовательные приближения.

Исходными данными при выполнении поверочного расчёта являются массовые расходы первичного и вторичного теплоносителей, температуры теплоносителей на входе в теплообменный аппарат и его поверхность нагрева. В результате расчёта определяются значения конечных температур теплоносителей и тепловая нагрузка.

Укажем алгоритм поверочного расчёта теплообменных аппаратов с помощью метода безразмерных характеристик.

1. Определить коэффициент теплопередачи для теплообменного аппарата по формуле (2.23)

2. Вычислить значение NTU по исходным данным.

3. Определить значение .

4. Используя аналитическую или графическую зависимость, определить значение эффективности теплообменного аппарата для данной схемы относительного движения потоков.

5. Вычислить тепловую нагрузку

. (3.21)

6. Определить температуры теплоносителей на выходе из теплообменника:

, (3.22)

. (3.23)

Для сравнения приведём последовательность поверочного расчёта теплообменных аппаратов с использованием среднелогарифмической разности температур .

1. Вычислить безразмерный параметр по уравнению:

.

2. Задаться конечной температурой и определить параметр в первом приближении по формуле (2.20).

3. Пользуясь графиком (рис. 2.2) и ориентировочным значением , определить в первом приближении величину поправочного коэффициента .

4. Оценить в первом приближении по формуле:

. (3.24)

5. Вычислить тепловую нагрузку в первом приближении по уравнению теплопередачи для теплообменных аппаратов:

. (3.25)

6. Используя уравнение теплового баланса для теплообменного аппарата, определить значение конечной температуры и сопоставить его с принятым в п. 2.

7. Повторить расчёт до получения удовлетворительного совпадения выбранной и рассчитанной температур.